BAB IV
PERHITUNGAN DOSIS SERTA ANALISIS
PENGARUH UKURAN MEDAN PAPARAN
TERHADAP OUTPUT BERKAS FOTON
Kita telah melakukan simulasi dengan berbagai settingan peralatan yang telah ditetapkan sebelumnya. Hasil simulasi menggunakan user code BEAMnrc serta DOSXYZnrc berikut analisis pengaruh ukuran medan paparan terhadap hamburan balik serta output factor berkas foton, depth dose serta beam profiles akan kita bahas pada bahasan berikut ini.
4.1. Hasil Perhitungan dan Menggunakan BEAMnrc
Untuk simulasi yang pertama, kita akan mencari berapa besarnya dosis yang langsung jatuh dari target dan mengendap pada monitor chamber. Dosis yang dimaksud disini adalah dosis serap, berupa energi radiasi yang diberikan pada sebuah material bermassa m. Dosis mengendap pada dua daerah, yaitu dose zone 1 dan 2. Dari hasil simulasi, di dapatkan nilai dosis sebagai
Dose Zone Massa (gram) Dosis (Gy) Energi yang mengendap (J)
1 3.067E-02 7.574E-16+/- 3.9% 2.323E-20+/- 3.9%
2 3.066E-02 7.197E-16+/- 3.8% 2.207E-20+/- 3.8%
Rata-rata Dosis 7.3855E-16 Gy/partikel yang datang.
Tabel 1. Nilai yang kita peroleh dari hasil simulasi BEAMnrc berdasarkan jatuhnya berkas dari atas ke monitor chamber
Untuk simulasi kedua, kita menggunakan phase-space file hasil running BEAMA sebagai sumber untuk mencari besarnya dosis yang terhambur kembali ke monitor chamber dan mendapatkan nilai yang bervariasi untuk
beberapa bukaan jaws. Ukuran medan paparan yang digunakan adalah 3, 5, 10, 15, 20, 24 serta 27 cm. Berikut nilai untuk ukuran medan paparan yang
bersangkutan:
Dosis (Gy/incident particle) Field Size
Zone 1 Zone 2
Rata-rata Dosis (Gy/incident particle)
3 x 3 cm2 8.761E-17+/- 2.5% 8.414E-17+/- 2.5% 8.5925E-17 5 x 5 cm2 8.646E-17+/- 2.6% 8.338E-17+/- 2.6% 8.492E-17 10 x 10 cm2 7.575E-17+/- 2.6% 7.346E-17+/- 2.7% 7.4605E-17 15 x 15 cm2 6.811E-17+/- 2.8% 6.681E-17+/- 2.9% 6.746E-17 20 x 20 cm2 6.022E-17+/- 2.8% 5.358E-17+/- 2.9% 5.69E-17 24 x 24 cm2 5.197E-17+/- 3.2% 4.846E-17+/- 3.2%
27 x 27 cm2 4.625E-17+/- 3.3% 4.279E-17+/- 3.3% 4.452E-17
Tabel 2. Nilai yang kita peroleh dari simulasi BEAMnrc karena berkas terhambur oleh sisi-sisi jaws. Nilai disimulasikan untuk beberapa ukuran medan paparan yang berbeda.
Dari data yang kita peroleh, terlihat bahwa dosis yang terhambur kembali dan mengendap di monitor chamber semakin mengecil sebagai fungsi pertambahan ukuran medan paparan. Hal ini terjadi karena jika ukuran medan paparan semakin besar, maka jumlah berkas yang dilewatkan akan semakin besar pula, namun hanya sedikit berkas yang terhambur balik oleh sisi-sisi jaws sehingga dosis yang mengendap pada monitor chamber semakin sedikit pula. Demikian sebaliknya, jika ukuran medan paparan semakin kecil, maka lebar jaws akan semakin besar. Akibatnya jumlah berkas yang bisa dilewatkan hanya sedikit. Berkas yang lain terhambur oleh badan jaws dan kembali ke monitor chamber sehingga dosis yang terhitung lebih besar.
Dosis yang terhambur kembali ke monitor chamber, , memiliki orde
yang lebih kecil dari pada dosis forward ( ) seperti terlihat pada gambar
Kurva Ratio Dosis Backward/Forward Untuk Beberapa Ukuran Medan Paparan
y = -0.0024x + 0.1254 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0 5 10 15 20 25 30
Ukuran Medan Paparan (cm)
R a tio D o si s Bac kw a rd/ Fo rw ar d Ratio Dosis Backward/Forward Linear (Ratio Dosis Backward/Forward)
Gambar 14. Kurva ratio dosis Backward/Forward terhadap beberapa ukuran medan paparan.
Kurva diatas diperoleh dengan membandingkan dosis backward dengan dosis forward. Dari gambar diatas, terlihat bahwa ratio antara dosis backward terhadap forward sangat kecil. Ratio ini mengalamai penurunan secara linier sesuai dengan pertambahan ukuran medan paparan. Dapat dilihat pada gambar, untuk ukuran medan paparan 3x3 cm2, ratio dosis backward terhadap forward sebesar 11.625%, sedangkan pada ukuran 27x27 cm2, ratio ini berkurang menjadi 6%, dengan kemiringan total antara medan paparan 3x3 cm2 dengan 27x27 cm2 sekitar 0.24 %. Sama seperti yang telah kita jelaskan sebelumnya, nilai dosis
backward akan semakin mengecil sebagai fungsi pertambahan ukuran medan
paparan. Hal ini dikarenakan saat ukuran medan paparan membesar, sisi jaws akan semakin mengecil. Akibatnya, berkas radiasi yang dapat dihamburkan oleh
sisi-sisi jaws ini hanya sedikit dan berakibat pada penurunan ratio antara dosis
backward terhadap dosis forward.
Seharusnya, ratio antara dosis backward dan forward membentuk sebuah garis linier yang mendatar. Artinya, ukuran field size tidak mempengaruhi besarnya dosis yang terhambur kembali. Masalah ini dapat diatasi dengan menambahkan sebuah komponen yang disebut antibackscatter plate pada bagian kepala radiation head.
4.2 Hasil Perhitungan Dosis yang Mengendap Pada Elemen Volum Phantom Homogen Serta Analisis Karakteristik Berkas Foton
Phase-space file hasil runningan BEAMnrc untuk berbagai ukuran field size kita gunakan sebagai sumber untuk simulasi menggunakan user code
DOSXYZnrc untuk kasus phantom homogen berukuran 30x30x30 cm3. Sumber ditempatkan pada isosenter (0,0,0). Simulasi dibagi dalam dua bagian yang akan memudahkan kita untuk menganalisis depth dose dan beam profiles.
a. Depth Dose
Pengukuran distribusi dosis menggunakan user code DOSXYZnrc dilakukan satu kolom pada elemen volum yang melingkupi central axis, sebagai variasi kedalaman phantom. Gambar dibawah ini menunjukkan hubungan dosis
terhadap kedalaman phantom yang telah kita tentukan besar elemen volumnya sebelumnya.
Gambar 15. Kurva Perbandingan Normalized Depth Dose (NDD) Vs Kedalaman Phantom pada phantom 30x30x30 cm3 untuk berbagai ukuran medan paparan.
Dosis pada gambar diatas dinormalisasi terhadap dosis pada kedalaman maksimum. Pada gambar, terlihat bahwa dosis mengalami penurunan setelah melewati kedalaman maksimum. Hal ini disebabkan karena semakin berkurangnya produksi electron sekunder sebagai akibat range nya terlalu jauh dari range electron pada suatu medium.
Besarnya depth dose semakin tinggi saat ukuran medan paparan semakin besar. Hal ini disebabkan karena banyaknya berkas radiasi yang dapat melewati
medium saat ukuran medan paparan tersebut besar, seperti yang dijelaskan sebelumnya. Fluktuasi yang terjadi disebabkan oleh proses hamburan yang bersifat sangat acak pada phantom serta tidak cukupnya jumlah partikel untuk ukuran medan paparan yang semakin membesar sehingga nilainya menjadi fluktuatif sekali. Tidak cukupnya jumlah partikel ini juga berakibat pada tidak tercacahnya dosis pada kedalaman yang lebih jauh lagi dari sumber. Pada kurva terlihat, depth dose terpotong pada kedalaman sebelum 20 cm, padahal kedalaman yang diinginkan untuk pencacahan dosis adalah 30 cm.
Untuk berkas foton 6MV, kedalaman maksimum dosis radiasi berdasarkan referensi berada pada posisi 1.6 cm. Namun, pada penelitian kali ini, kedalaman referensi bervariasi, antara 1.4 hingga 2.4 cm. Pada tabel berikut, kita dapat melihat variasi kedalaman maksimum dosis radiasi untuk masing-masing ukuran medan paparan. No. Field Size (cm2) Dosis Maksimum (Gy/incident Particle) Kedalaman Maksimum (cm) 1 3x3 8.31E-17 1.6 2 5x5 8.55E-17 1.8 3 10x10 8.87E-17 1.4 4 15x15 8.91E-17 2.4 5 20x20 9.98E-17 2.2 6 24x24 9.44E-17 2.2
7 27x27 9.70E-17 2.2
Tabel 3. Kedalaman maksimum dosis radiasi untuk beberapa ukuran medan paparan.
Jika diperhatikan, nilai kedalaman maksimum beberapa ukuran medan paparan sangat jauh dari kedalaman referensi, namun kita harus melihat keakuratan perhitungan distribusi dosis ini dengan cara menghitung persentase depth dose pada kedalaman maksimum sesuai referensi (1.6 cm). Hasil perhitungan nilai persentase depth dose pada kedalaman referensi untuk beberapa ukuran field size dapat kita lihat pada tabel dibawah ini.
No. Field Size
Dmax (Gy/incident particle) Dmax 1.6 cm (Gy/incident particle) PDD (%) 1 3x3 8.31E-17 8.31E-17 100 2 5x5 8.55E-17 8.50E-17 99.4152 3 10x10 8.87E-17 8.77E-17 98.8726 4 15x15 8.91E-17 8.90E-17 99.88777 5 20x20 9.98E-17 9.90E-17 99.25829 6 24x24 9.44E-17 9.43E-17 99.89407 7 27x27 9.70E-17 9.65E-17 99.48454
Dari tabel diatas, terlihat bahwa dosis pada kedalaman maksimum referensi ternyata memiliki nilai hampir maksimum, dengan rentangan antara 98.8726% - 100%. Variasi posisi dosis maksimum kemungkinan besar terjadi karena ketidakpastian acak dari proses simulasi Monte Carlo ini. Namun demikian, perhitungan untuk depth dose ini dapat diterima karena besarnya deviasi kurang dari 2% (standard dosimetry).
b. Beam Profiles
Pengukuran beam profiles biasanya diambil pada suatu kedalaman setelah kedalaman maksimum, berkaitan dengan rotasi dari unit terapi. Pengukuran dilakukan dalam 1 baris/slice, pada kedalaman 10 cm dari isosenter dengan ukuran voxel 0.5x0.5x1 cm. Berikut ini dapat kita lihat karakteristik berkas daerah seputar isosenter dan daerah penumbra untuk beberapa ukuran medan paparan yang diberikan:
Dosis dinormalisasi terhadap dosis maksimum. Kesimetrian beam profiles dapat dilihat dari dosis pada setengah ukuran medan paparan. Berkas cukup simetri, dengan deviasi kurang dari 2% (untuk ukuran lapangan 5x5 cm2 deviasi sebesar 0%, lapangan 10x10 cm2 sekitar 1.7% dan lapangan 15x15 cm2 sebesar 0.5%) dan dari gambar kita dapat melihat bahwa filter pemerata berfungsi dengan baik untuk meratakan intensitas berkas foton pada daerah medan paparan yang diberikan.
c. Output Factor
Output Factor merupakan perbandingan dosis pada suatu ukuran medan
paparan terhadap dosis pada ukuran medan paparan referensi. Kali ini, penulis menggunakan medan paparan 10x10 cm2 sebagai referensi. Gambar berikut ini menunjukkan bagaimana hubungan antara output factor terhadap ukuran medan paparan.
Gambar 17. Kurva perbandingan Output Factor terhadap ukuran medan paparan yang diberikan.
Dari gambar diatas, terlihat bahwa output factor berkas radiasi semakin bertambah sebagai fungsi pertambahan ukuran medan paparan. Hal ini disebabkan semakin banyaknya berkas radiasi yang dapat dilewatkan pada medan paparan yang lebih besar serta adanya peningkatan collimator scatter yang ditambahkan pada berkas primer yang akan dilewatkan ke phantom.
